年产630吨土霉素车间工艺设计

1课程设计题目：年产630吨土霉素工厂设计设计内容30页图纸4张指导老师：王兴广学生姓名：杨北冬学号：20100412310064所在班级：生物工程2班2年产630吨土霉素车间工艺设计摘要：土霉素是一种四环类广谱抗生素，有一定副作用。目前，中国已成为世界上最大的土霉素生产国，占70%。目前我国畜用土霉素需求量很大。本次设计为生产规模800吨/年的土霉素车间。土霉素是微生物发酵产物，目前国内土霉素提取工艺为用草酸(或磷酸)做酸化剂调节pH值,利用黄血盐-硫酸锌作净化剂协同去除蛋白质等高分子杂质,然后用122#树脂脱色进一步净化土霉素滤液,最后调pH至4.8左右结晶得到土霉素碱产品。本次设计也按照这个工艺流程，分为三级发酵、酸化、过滤、脱色、结晶、干燥等。设计中借鉴了实际发酵车间的布置，设计为3层车间，共安装5个发酵罐，1个酸化罐，2个二级种子罐，1个一级种子罐，1个通氨罐，2个补料罐，1个板框过滤器，1个结晶罐，脱色罐，喷雾式干燥器等等相关设备。目录第1章绪论第1.1节引言第1.2节设计目标任务第1.3节本次设计的基本内容第2章工艺流程设计第2.1节土霉素生产工艺流程简介第2.2节土霉素生产总工艺流程图第3章物料衡算第3.1节土霉素总物料衡算3第3.2节土霉素发酵工序物料衡算第3.3节土霉素酸化稀释过滤工序物料衡算第3.4节土霉素脱色结晶工序物料衡算第3.5节土霉素干燥工序物料衡算第4章设备选型第4.1节发酵罐第4.2节二级种子罐第4.3节一级种子罐第4.4节氨水储罐第4.5节全料罐第4.6节稀料罐第4.7节储酸罐第4.8节酸化罐第4.9节稀释罐第4.10节板框过滤机第4.11节脱色罐第4.12节结晶罐第4.13节干燥器第5章管道设计5.1发酵罐(三级罐)的接管设计5.2酸化设备的流体输送5.3稀释设备的流体输送45.4板框过滤设备的输送5.5脱色工段的流体输送5.6结晶过程的流体输送5.7管道汇总表第6章车间布置：第7章结论参考文献第一章绪论1.1引言：土霉素Terramycin(Oxytetracycline)是四环类抗生素，其在结构上含有四并苯的基本母核，随环上取代基的不同或位置的不同而构成不同种类的四环素类抗生素。分子式如图一所示，化学名：6-甲基-4-（二甲氨基）-3,5,6,10,12,12a-六羟基-1,11二氧代-1,4,4a,5,5a,6，11,12a-八氢-2-并四苯甲酰胺。土霉素属四环素类抗生素，广谱抑菌剂。许多立克次体属、支原体属、衣原体属、螺旋体对其敏感。其他如放线菌属、炭疽杆菌、单核细胞增多性李斯特菌、梭状芽孢杆菌、奴卡菌属、弧菌、布鲁菌属、弯曲杆菌、耶尔森菌等亦较敏感。临床上用于治疗上呼吸道感染﹑胃肠道感染﹑斑疹伤寒﹑恙虫病等。OHHCH3OOHOHOHON(CH3)2CONH2图一土霉素分子式5常见副作用有：肝脏、肾脏毒性，中枢神经系统毒性，斑丘疹和红斑等过敏反应，长期使用可致牙齿产生不同程度的变色黄染、牙釉质发育不良及龋齿（俗称四环素牙），B族维生素缺乏等。由于土霉素的广泛应用，临床常见病原菌对土霉素素耐药现象严重，并且由于其副作用严重，现在临床上多用于兽用药1.2设计目标任务请设计年产630吨（成品含量：99%）土霉素工厂设计一、基础数据设计年产量M=630t/a成品效价Ud=1000单位/毫克年平均发酵水平Uf=35000单位/毫升年工作日m=300d/a1、发酵基础工艺参数土霉素的发酵周期T为184小时，辅助时间为10小时，发酵中罐周期为44小时，辅助时间4小时发酵周期为35小时，辅助时间3小时接种比为20%，液体损失率为15%大罐一个发酵周期内所需全料的量为：32m3大罐一个发酵周期内所需稀料的量为：17m3逃液、蒸发、取样、放罐损失总计为总料液的15%大、中、小罐通气量分别为2.0、1.5、0.65（每分钟内单位体积发酵液通入的空气的量）氨氮的利用情况，培养20-40小时，每4小时补一次,每次10-15L，控氨水平在45mg/100ml以上培养基配比：小罐中罐大罐全料稀料组成配比（%）配比（%）配比（%）配比（%）配比（%）黄豆饼粉3.02.53.03.53.0淀粉2.52.58.06.53.06氯化钠0.40.360.20.4碳酸钙0.60.41.10.40.4磷酸二氢钾0.0050.003磷酸氢二钾0.0050.003植物油42.670.412、提取基本工艺参数名称参数名称参数脱色岗位收率99.24%发酵液效价35000u/ml结晶干燥岗位收率86%滤液效价11000u/ml过滤岗位收率116%母液效价1370u/ml总收率99%湿晶体含水量30%发酵液密度1.58kg/L酸化液中草酸含量2.3%g/ml滤液密度1.02kg/L酸化加黄血盐量0.25%g/ml20%氨水密度0.92kg/L酸化加硫酸锌量0.18%g/ml氨水加量12%成品含水量1.5%脱色保留时间30-50分钟酸化加水量230%v/v滤液通过树脂罐的线速度控制在0.001-0.002m/s3.土霉素提取操作工艺参数一览表名称反应时间(τ+τ、)/h装料系数φ酸化稀释40.70结晶80.701.3本设计基本内容1.3.1工艺流程设计根据设计任务，查阅有关资料、文献，搜集必要的技术资料，工艺参数，进行生产方法的选择比较，工艺流程与工艺条件确定的论证。简述工艺流程。71.3.2工艺计算物料衡算：每个工序画工艺流程简图，列出所有工艺参数，计算，列出衡算表，发酵和提取列出物料衡算总表。热量衡算：不要求设备选型：大、中、小罐、通氨、补料罐的尺寸及数量；大罐的罐壁、封头、搅拌装置及轴功率。提取工段各工序主要设备尺寸及数量。管道设计：大罐主要接管设计，提取各种设备的主要连接管道。1.3.3完成初步设计阶段图纸：设备流程图、车间平面布置图。第二章工艺流程设计2.1土霉素生产工艺流程简介土霉素是微生物发酵产物，目前国内土霉素生产工艺主要含发酵和提取两大步。提取工艺为用草酸(或磷酸)做酸化剂调节pH值,利用黄血盐-硫酸锌作净化剂协同去除蛋白质等高分子杂质,然后用122#树脂脱色进一步净化土霉素滤液,最后调pH至4.8左右结晶得到土霉素碱产品。本次设计也按照这个工艺流程，分为三级发酵、酸化、过滤、脱色、结晶、干燥等。2.2土霉素生产总工艺流程图土霉素生产总工艺流程图砂土孢子斜面孢子孢子培养36.5℃4-5天种子培养30℃38h0.65v/v/m一级种子培养液种子扩大培养30℃48h1.0v/v/m二级种子培养液发酵30℃194h1：2.0v/v/m补加液氨发酵液酸化2.3%g/ml草酸调pH1.75-1.85ZnSO40.18%黄血盐0.23%酸化液稀释200%v/v稀释液板框过滤滤液树脂脱色122-2树脂脱色液结晶12%氨水调pH4.5-4.628-30℃结晶液分离洗涤用滤后水淋洗再甩干8第三章物料衡算3.1总物料衡算纯品土霉素的量：630×99%=623.7t/a日产量：792/300=2.079t/d效价：623.7×109×1000=6.237×1014单位/a土霉素的生产过程总收率为99%则发酵时的总效价：6.237×1014/99%=6.3×1014单位/a发酵液的效价：35000单位/ml发酵液的体积：6.3×1014/35000=1.80×1010ml=1.80×104m33.2.1大罐的物料衡算：每天发酵液的体积：1.80×104/300=60.00m3/d每天损失的体积：60.00×15%/（1-15%）=10.59m3/d加入氨水体积：培养20-40小时，每4小时补一次，每天共6次，每次15L，共计90L，既0.09m3/d大罐一个发酵周期内所需全料的量：32m3，则一天内所需全料：32/(194/24)=3.96m3/d大罐一个发酵周期内所需稀料的量:17m3，则一天内所需稀料料：17/(194/24)=2.10m3/d设发酵开始的培养基体积为V，蒸汽带入的水量按20%计由体积衡算(V×20%+V×20%+V+3.96+2.10+0.09)×(1-15%)=v发酵液=60m3/d得培养基体积V为46.03m3/d则加入的二级种子液体积：46.03×20%=9.21m3/d蒸汽带入水量：46.03×20%=9.21m3/d因此，每天所需培养基组成的量如下：黄豆饼粉：46.03×3%+3.96×3.5%+2.10×3%=1.583m3/d9淀粉：46.03×8%+3.96×6.5%+2.10×3%=4.003m3/d氯化钠：46.03×0.2%+2.10×0.4%=0.1005m3/d碳酸钙：46.03×1.1%+3.96×0.4%+2.10×0.4%=0.5306m3/d植物油：46.03×0.4%+2.10×1%=0.2051m3/d配料水：46.03－1.582-4.003-0.1005-0.531-0.2051=39.61m3/d表1三级发酵物料衡算表进入发酵罐的量离开发酵罐的量项目体积（m3/d)体积（m3/周期)项目体积（m3/d)体积（m3/周期)二级种子液9.2174.45发酵液60485.0蒸汽带入水量9.2174.45损失10.6085.7培养基46.03372.1全料量3.9632.01稀料量2.1016.98氨水0.090.73总量70.60570.7总量70.60570.7表2三级发酵培养基的组成项目体积（m3/d)体积（m3/周期）黄豆饼粉1.58312.80淀粉4.00332.3610氯化钠0.10050.8124碳酸钙0.53064.289植物油0.20511.658配水量39.61320.2总46.03372.13.2.2中罐的物料衡算：设发酵开始的培养基体积为V，蒸汽带入的水量按20%计，由体积衡算：(V×20%+V×20%+V)×(1-15%)=V‘二级种子液V‘二级种子液×(1-15%)=V二级种子液=9.21m3/dV‘二级种子液=9.21/0.85=10.84培养基黄豆饼粉1.583m3/d淀粉4.003m3/d氯化钠0.1005m3/d碳酸钙0.5306m3/d植物油0.2051m3/d配料水39.61m3/d发酵罐70.60m3/d二级种子液9.21m3/d培养基46.03m3/d蒸汽带入水量9.21m3/d全料量3.96m3/d稀料量2.10m3/d液氨0.09m3/d发酵液60.00m3/d液体损失率为15%10.60m3/d11得培养基体积V为9.11m3则加入的一级种子液：9.11×20%=1.822m3/d蒸汽带入水量：9.11×20%=1.822m3/d液体损失15%10.84×0.15=1.626m3/d接种损失15%1.822/(1-15%)-1.822=0.3215m3/d总损失量=液体损失+接种损失1.626+0.3215=1.9475m3/d因此，每天所需培养基组成的量如下：黄豆饼粉：9.11×2.5%=0.2278m3/d淀粉：9.11×2.5%=0.2278m3/d氯化钠：9.11×0.36%=0.03280m3/d碳酸钙：9.11×0.4%=0.03644m3/d磷酸二氢钾：9.11×0.003%=0.0002733m3/d磷酸氢二钾：9.11×0.003%=0.0002733m3/d植物油：9.11×2.67%=0.2432m3/d配料水：9.11-0.2278-0.2278-0.03280-0.03644-0.0002733-0.0002733-0.2432=8.34m3/d12表3二级发酵物料衡算表（周期为48h即2d）进入发酵罐的量离开发酵罐的量项目体积（m3/d)体积（m3/周期)项目体积（m3/d)体积（m3/周期)一级种子液1.8223.644二级种子液10.8421.68带入水量1.8223.644损失1.9482.896培养基9.1118.22总量12.7525.50总量12.7525.50表4二级发酵培养基的组成项目体积（m3/d)体积（m3/周期）黄豆饼粉0.22780.4556淀粉0.22780.455